楊劍萍, 金 權(quán), 呂傳炳, 張 峰, 李彥國(guó), 侯守探, 李鳳群, 黃志佳

( 1. 中國(guó)石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580； 2. 中國(guó)石油大學(xué)(華東) 海洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與探測(cè)技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266071； 3. 中國(guó)石油華北油田分公司 機(jī)關(guān)開(kāi)發(fā)部，河北 任丘 062552； 4. 中國(guó)石油華北油田分公司 第三采油廠，河北 河間 062450 )

霸縣凹陷西部陡坡帶沙三段成巖演化及其對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

楊劍萍1,2, 金 權(quán)1,2, 呂傳炳3, 張 峰3, 李彥國(guó)3, 侯守探4, 李鳳群4, 黃志佳4

( 1. 中國(guó)石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580； 2. 中國(guó)石油大學(xué)(華東) 海洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與探測(cè)技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266071； 3. 中國(guó)石油華北油田分公司 機(jī)關(guān)開(kāi)發(fā)部，河北 任丘 062552； 4. 中國(guó)石油華北油田分公司 第三采油廠，河北 河間 062450 )

利用巖心觀察、巖石薄片分析、物性資料及試油資料，結(jié)合盆地埋藏演化史，研究霸縣凹陷西部陡坡帶岔河集—高家堡地區(qū)沙河街組三段(沙三段)扇三角洲成巖作用特征及其對(duì)儲(chǔ)層物性的影響。結(jié)果表明：西部陡坡帶沙三段儲(chǔ)層目前處于中成巖A期，在持續(xù)埋藏的背景下，經(jīng)歷堿性—酸性—堿性成巖環(huán)境的演變；成巖演化序列為壓實(shí)作用/早期碳酸鹽膠結(jié)—長(zhǎng)石溶解/石英次生加大/自生高嶺石膠結(jié)—灰泥雜基重結(jié)晶/晚期碳酸鹽膠結(jié)/硬石膏膠結(jié)/石英弱溶解—黃鐵礦膠結(jié)。不同沉積相帶沉積特征不同，控制成巖演化特征的差異，決定物性演化的不同。扇三角洲平原辮狀河道泥質(zhì)砂巖埋藏早期壓實(shí)作用較強(qiáng)，后期灰泥重結(jié)晶使物性急劇降低，現(xiàn)今主要發(fā)育干層。扇三角洲前緣水下分流河道遠(yuǎn)泥巖端儲(chǔ)層，由于酸堿兩期溶蝕作用使長(zhǎng)石、石英和早期碳酸鹽膠結(jié)物發(fā)生一定程度的溶蝕，油氣充注進(jìn)一步抑制晚期碳酸鹽膠結(jié)作用，現(xiàn)今保留大量的殘余原生孔隙和次生孔隙，可作為良好的油氣儲(chǔ)集層。扇三角洲前緣席狀砂和水下分流河道近泥巖端砂巖早期碳酸鹽膠結(jié)極為發(fā)育，在一定程度上抑制壓實(shí)作用，但整體上中等的壓實(shí)作用和較強(qiáng)的膠結(jié)作用使物性降低較快，早期碳酸鹽膠結(jié)堵塞孔隙和喉道，導(dǎo)致酸性流體難以產(chǎn)生大范圍的溶蝕，晚期碳酸鹽、硬石膏膠結(jié)使孔隙度進(jìn)一步降低，現(xiàn)今物性中等。

扇三角洲； 成巖演化； 物性演化； 沙河街組三段； 陡坡帶； 霸縣凹陷

0 引言

霸縣凹陷是渤海灣盆地冀中坳陷的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元。近幾年，霸縣凹陷沙河街組勘探成果豐碩，累計(jì)探明含油面積58.3 km2，探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量7 600×104t，展現(xiàn)良好的勘探前景[1-2]。冀中坳陷持續(xù)埋藏型盆地包括霸縣凹陷和饒陽(yáng)凹陷，不同埋藏類型盆地成巖演化過(guò)程存在差異[3-5]，同一盆地中陡坡帶、緩坡帶和洼槽帶儲(chǔ)層成因機(jī)制存在不同[6-8]。人們對(duì)霸縣凹陷儲(chǔ)層的研究多集中于東部文安斜坡[9-10]，而對(duì)西部陡坡帶沙河街組三段(沙三段)扇三角洲儲(chǔ)層成巖演化特征研究不夠深入[11-12]，對(duì)扇三角洲儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)程度較低。斷陷湖盆陡坡帶扇三角洲兼具重力流和牽引流沉積特點(diǎn)，不同沉積相帶儲(chǔ)層原始組構(gòu)存在差異，埋藏過(guò)程中經(jīng)歷的成巖作用和孔隙演化存在不同[13-15]。

霸縣凹陷陡坡帶沙三段扇三角洲埋深多大于3 300 m，最深達(dá)4 972 m，在盆地持續(xù)埋藏的背景下，多重成巖作用使儲(chǔ)層物性演化更加復(fù)雜，因此明確不同沉積相帶儲(chǔ)層成巖演化過(guò)程及其對(duì)儲(chǔ)層物性的影響具有重要意義。根據(jù)巖心觀察及巖石薄片分析、多種測(cè)試資料，結(jié)合研究區(qū)埋藏?zé)嵫莼?，在恢?fù)霸縣凹陷陡坡帶沙三段成巖演化過(guò)程的基礎(chǔ)上，筆者探討扇三角洲不同沉積相帶成巖作用差異對(duì)儲(chǔ)層物性的影響，恢復(fù)儲(chǔ)層孔隙度演化史，為沙三段儲(chǔ)層勘探開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

霸縣凹陷位于渤海灣盆地冀中坳陷中北部，西部以牛東斷層為界，東部超覆于大城凸起之上，北以里瀾斷層與武清凹陷相隔，南以安新—徐水橫向調(diào)節(jié)帶與饒陽(yáng)凹陷相鄰，面積約為5 600 km2[16](見(jiàn)圖1)。盆地沉積格局受西部牛東斷層的控制，是一個(gè)典型的西斷東超、西深東淺的箕狀斷陷湖盆。霸縣凹陷南北分區(qū)、東西分帶，自西向東依次劃分為西部陡坡帶、中央洼陷帶和南部緩坡帶，研究區(qū)位于西部陡坡帶岔河集—高家堡地區(qū)。沙三段沉積時(shí)期，受喜馬拉雅Ⅰ幕運(yùn)動(dòng)的影響，霸縣凹陷快速下沉，在西高東低、山高水深的地貌背景下，形成湖盆廣、水體深和東西分帶的地貌格局，西部陡坡帶沙三段沉積時(shí)期發(fā)育3條規(guī)模較大的古沖溝，受古沖溝的控制形成3套扇三角洲砂體。沙三段沉積后期，牛東斷層活動(dòng)減弱，湖盆水體逐漸變淺;沙二段沉積時(shí)期，氣候干旱炎熱，岔河集地區(qū)繼承性地發(fā)育扇三角洲沉積，南部高家堡地區(qū)廣泛發(fā)育膏鹽湖沉積[17]。霸縣凹陷發(fā)育一系列北東走向的斷層，沙三段至沙二段沉積時(shí)期，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，活動(dòng)性斷層數(shù)量增多[16]，為成巖流體的活動(dòng)和油氣成藏提供重要的運(yùn)移通道。

圖1 霸縣凹陷構(gòu)造位置Fig.1 Structural location of Baxian depression

2 儲(chǔ)層特征

2.1 巖石學(xué)

霸縣凹陷西部陡坡帶沙三段碎屑巖以含礫砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖為主。巖石類型主要為巖屑質(zhì)長(zhǎng)石砂巖，次為長(zhǎng)石質(zhì)巖屑砂巖和長(zhǎng)石砂巖。其中長(zhǎng)石、石英、巖屑的平均體積分?jǐn)?shù)分別為40.1%、43.3%、16.4%，巖石成分成熟度中等。巖屑以中酸性噴出巖和變質(zhì)巖為主，塑性泥巖巖屑體積分?jǐn)?shù)較少。填隙物以機(jī)械成因的泥質(zhì)雜基和碳酸鹽膠結(jié)物為主，硅質(zhì)、黃鐵礦、硬石膏膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)較少(見(jiàn)圖2)。顆粒接觸類型主要為點(diǎn)—線接觸、線接觸，可見(jiàn)少量的凹凸接觸和縫合接觸。顆粒多呈次圓狀—次棱角狀，分選中等到較差。

2.2 儲(chǔ)集空間及物性

統(tǒng)計(jì)霸縣凹陷西部陡坡帶沙三段扇三角洲儲(chǔ)層167塊樣品的孔隙類型，研究區(qū)北部岔河集地區(qū)沙三段儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間以次生孔隙和殘余原生孔隙為主，次為少量的原生孔隙。次生孔隙包括長(zhǎng)石顆粒和碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕形成的粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔，長(zhǎng)石溶孔相對(duì)體積分?jǐn)?shù)超過(guò)85%；同時(shí)，含有少量的石英顆粒邊緣溶蝕形成的粒間溶孔。

圖2 霸縣凹陷西部陡坡帶沙三段巖石成分和填隙物體積分?jǐn)?shù)Fig.2 Detrital compositon and interstitial material of Es3 in western steep zone of Baxian depression

實(shí)測(cè)物性資料分析表明，沙三段儲(chǔ)層孔隙度為2.9%～24.8%，平均為10.3%；滲透率為(0.02～77.60)×10-3μm2，平均為5.10×10-3μm2，整體上沙三段儲(chǔ)層物性以低孔低滲為主?？紫抖取獫B透率交會(huì)圖(見(jiàn)圖3(a))表明，沙三段儲(chǔ)層孔隙度和滲透率之間存在明顯的正相關(guān)關(guān)系，霸縣凹陷西部陡坡帶沙三段儲(chǔ)層中連通孔隙為滲透率的主要貢獻(xiàn)者。隨著埋深的增加，孔隙度逐漸減小，研究區(qū)沙三段3 300～3 900 m埋深存在異常高孔隙帶，其孔隙度最高可達(dá)24.8%(見(jiàn)圖3(b))，對(duì)該深度段內(nèi)巖石薄片鏡下觀察表明，其儲(chǔ)集空間以次生孔隙為主(見(jiàn)圖4(a))，體積分?jǐn)?shù)達(dá)60%以上，次為殘余原生孔隙和少量的裂縫。

圖3 霸縣凹陷西部陡坡帶沙三段儲(chǔ)層孔隙度—滲透率關(guān)系和孔隙度—深度關(guān)系

3 成巖作用特征

3.1 成巖類型

3.1.1 壓實(shí)作用

霸縣凹陷西部陡坡帶沙三段扇三角洲儲(chǔ)層埋深在3 300～4 970 m之間，經(jīng)歷較強(qiáng)的機(jī)械壓實(shí)作用，顆粒之間以點(diǎn)—線、線接觸為主(見(jiàn)圖4(b))，鏡下薄片觀察可見(jiàn)泥巖巖屑、云母等塑性顆粒的擠壓變形，以及石英、長(zhǎng)石等剛性顆粒的擠壓破碎。在沙三段整體強(qiáng)壓實(shí)背景下，南部高家堡地區(qū)儲(chǔ)層欠壓實(shí)作用明顯，在埋深3 300～3 800 m處，顆粒之間以點(diǎn)接觸、點(diǎn)—線接觸為主，顆粒邊緣平直，無(wú)明顯溶蝕現(xiàn)象的原生孔隙大量發(fā)育(見(jiàn)圖4(c))。壓實(shí)作用是扇三角洲前緣砂體埋藏早期物性降低的主要原因。根據(jù)反演回剝法恢復(fù)儲(chǔ)層孔隙度演化史，埋藏早期壓實(shí)作用使孔隙度降低8.5%～15.6%。

3.1.2 膠結(jié)作用

膠結(jié)作用是沉積物埋藏后對(duì)儲(chǔ)層物性產(chǎn)生重要影響的成巖作用類型。霸縣凹陷西部陡坡帶沙三段儲(chǔ)層主要為碳酸鹽膠結(jié)，包括早期的方解石、白云石膠結(jié)和晚期的鐵方解石膠結(jié)，次為硅質(zhì)膠結(jié)，可見(jiàn)少量的自生黏土礦物、黃鐵礦和硬石膏膠結(jié)。

圖4 霸縣凹陷西部陡坡帶沙三段成巖作用特征Fig.4 Diagenesis characteristics of Es3 in western steep zone of Baxian depression

硅質(zhì)膠結(jié)主要以石英加大邊的形式存在(見(jiàn)圖4(f))，加大邊的寬度為0.03～0.08 mm，處于石英次生加大的Ⅱ和Ⅲ階段。在埋深3 320.00～3 670.00 m處發(fā)育較弱，加大邊的寬度為0.04 mm左右，如家16井3 439.10～3 445.20 m和家13井3 666.30～3 669.20 m;隨著埋深的增加，加大邊的寬度不斷增大，最大為0.08 mm，如XL1井4 280.50～4 285.60 m。

硬石膏、黃鐵礦、自生黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)較少，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2.0%以下。硬石膏膠結(jié)主要出現(xiàn)在研究區(qū)的南部高家堡地區(qū)(見(jiàn)圖4(d))，與方解石、鐵方解石膠結(jié)伴生，代表一種弱堿性的成巖環(huán)境。鐵礦是強(qiáng)還原介質(zhì)條件下的產(chǎn)物，呈塊狀充填于粒間孔隙(見(jiàn)圖4(g))，其生成與沉積物中富含有機(jī)質(zhì)有關(guān)。

圖5 霸縣凹陷西部陡坡帶沙三段碳酸鹽膠結(jié)作用特征Fig.5 Carbonates cementation characteristics of Es3 in western steep zone of Baxian depression

霸縣凹陷西部陡坡帶黏土礦物主要包括高嶺石、綠泥石、伊利石和伊/蒙混層，總質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5.0%～14.0%之間，其中高嶺石和綠泥石的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，平均分別為4.6%和4.9%，伊/蒙混層的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，平均為63.5%，伊利石的次之，平均為27.0%。隨著埋深的增加，富鉀地層水促使伊/蒙混層礦物向穩(wěn)定的伊利石轉(zhuǎn)化，伊利石質(zhì)量分?jǐn)?shù)不斷增加，伊/蒙混層質(zhì)量分?jǐn)?shù)不斷減少，沙三段儲(chǔ)層伊/蒙混層間比平均為23.0%，說(shuō)明蒙脫石已基本轉(zhuǎn)化為伊利石。

3.1.3 溶蝕作用

溶蝕作用是研究區(qū)深部?jī)?chǔ)層物性改善的重要成巖作用類型。霸縣凹陷西部陡坡帶沙三段儲(chǔ)層溶蝕作用主要為酸性溶蝕作用，酸性溶蝕主要包含長(zhǎng)石溶蝕和巖屑不穩(wěn)定組分選擇性溶蝕，并含有少量碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕；長(zhǎng)石溶蝕沿著顆粒邊緣(見(jiàn)圖4(a))或解理縫進(jìn)行，形成溶蝕粒間孔和粒內(nèi)溶孔，碳酸鹽膠結(jié)物的溶蝕發(fā)生在膠結(jié)物的內(nèi)部并與長(zhǎng)石溶蝕伴生，溶蝕量較少。局部發(fā)生堿性溶蝕作用，主要為石英加大邊和石英顆粒邊部溶蝕(見(jiàn)圖4(f))。石英顆粒、石英加大邊溶蝕多與方解石、白云石、硬石膏膠結(jié)伴生，整體上溶蝕程度不強(qiáng)。

3.1.4 交代作用

研究區(qū)交代作用類型豐富多樣，分為自生礦物對(duì)碎屑顆粒的交代和自生礦物之間的交代。自生礦物對(duì)碎屑顆粒的交代主要包括碳酸鹽巖礦物對(duì)長(zhǎng)石、石英、巖屑顆粒的交代，交代作用從顆粒邊部開(kāi)始，交代邊緣呈港灣狀、鋸齒狀，可見(jiàn)長(zhǎng)石顆粒被白云石強(qiáng)烈交代，形成大片白云石連晶膠結(jié)的假象。自生礦物之間的交代主要為晚期鐵方解石對(duì)早期方解石的交代(見(jiàn)圖4(e))，以及方解石、白云石對(duì)石英加大邊的交代(見(jiàn)圖4(h))。

3.1.5 重結(jié)晶作用

霸縣凹陷西部陡坡帶重結(jié)晶作用主要表現(xiàn)為灰泥雜基重結(jié)晶，主要出現(xiàn)在雜基含量較高的分流河道儲(chǔ)層中。Heydari E等認(rèn)為灰泥雜基在50～75 ℃溫度開(kāi)始發(fā)生重結(jié)晶[23-24]，隨著埋深的增加，結(jié)晶程度不斷增強(qiáng)，重結(jié)晶晶體變得更加粗大、明亮，表現(xiàn)為微晶或顯微鱗片結(jié)構(gòu)，當(dāng)灰泥雜基重結(jié)晶到一定程度即發(fā)生對(duì)長(zhǎng)石顆粒的交代(見(jiàn)圖4(i))?；夷嚯s基重結(jié)晶不僅需要一定溫壓條件，同時(shí)還需要堿性高鈣熱液流體參與[25-28]。因此，可以認(rèn)為灰泥雜基重結(jié)晶與碳酸鹽膠結(jié)同期發(fā)生。

3.2 成巖階段

根據(jù)鏡質(zhì)體反射率、有機(jī)質(zhì)最大熱解峰溫(見(jiàn)圖6)、黏土礦物組合及其演化特征，結(jié)合自生礦物形態(tài)及其組合對(duì)研究區(qū)成巖演化階段進(jìn)行分析(參照2003年中國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《碎屑巖成巖階段劃分標(biāo)準(zhǔn)》),霸縣凹陷岔河集地區(qū)沙三段儲(chǔ)層經(jīng)歷早成巖A期、早成巖B期和中成巖A期，現(xiàn)今沙三段頂部處于中成巖A1期，底部主要處于中成巖A2期。

圖6 霸縣凹陷西部陡坡帶沙三段鏡質(zhì)體反射率(Ro)和有機(jī)質(zhì)最大熱解峰溫(Tmax)分布特征

3.3 演化序列

根據(jù)巖石薄片中自生礦物之間的交代切割現(xiàn)象及溶解—充填關(guān)系，分析各成巖作用發(fā)生的相對(duì)先后順序；結(jié)合烴源巖及膏巖層的埋藏?zé)嵫莼?見(jiàn)圖7)，確定各期流體及各種成巖作用形成的時(shí)間，綜合建立成巖演化序列。

方解石連晶膠結(jié)處石英次生加大邊基本不發(fā)育，說(shuō)明方解石形成時(shí)間較石英次生加大邊早。長(zhǎng)石酸性溶蝕的產(chǎn)物在合適的條件下形成石英次生加大邊和自生高嶺石。鐵方解石、硬石膏充填粒間孔隙并位于石英加大邊的外側(cè)，且存在鐵方解石交代石英加大邊(見(jiàn)圖4(h))，鐵方解石充填長(zhǎng)石溶孔的現(xiàn)象(見(jiàn)圖4(a))說(shuō)明，鐵方解石、硬石膏膠結(jié)在長(zhǎng)石溶蝕后形成；石英溶蝕，鐵方解石、硬石膏膠結(jié)需要堿性環(huán)境，推斷石英溶蝕和鐵方解石、硬石膏膠結(jié)同時(shí)形成。鐵方解石交代方解石說(shuō)明鐵方解石形成時(shí)間較方解石晚?；夷嚯s基重結(jié)晶需要達(dá)到一定溫度和處于堿性成巖環(huán)境，推斷灰泥雜基重結(jié)晶與晚期碳酸鹽膠結(jié)同時(shí)形成。團(tuán)塊狀黃鐵礦充填于粒間孔隙，局部存在黃鐵礦交代碳酸鹽膠結(jié)物的現(xiàn)象，推斷團(tuán)塊狀黃鐵礦膠結(jié)物形成較晚。

圖7 霸縣凹陷興隆1井埋藏?zé)嵫莼稦ig.7 Burial history of well Xinglong1 in Baxian depression

由于某一種成巖作用的發(fā)生有一定的延續(xù)時(shí)間，不同的成巖事件有重疊部分，沙三段沉積時(shí)期至現(xiàn)今經(jīng)歷的成巖演化序列依次為：壓實(shí)作用/早期碳酸鹽膠結(jié)—長(zhǎng)石溶解/自生高嶺石膠結(jié)/石英次生加大—灰泥雜基重結(jié)晶/晚期碳酸鹽膠結(jié)/硬石膏膠結(jié)/石英弱溶解—黃鐵礦膠結(jié)。

距今26.8～8.0 Ma(明化鎮(zhèn)組沉積早期)，地層頂界埋深小于3 100 m、底界埋深小于3 880 m，頂界溫度小于94 ℃、底界溫度小于114 ℃，進(jìn)入有機(jī)酸大量生成和最佳保存溫度范圍[31]。有機(jī)質(zhì)成熟釋放大量的水溶性有機(jī)酸而使孔隙水呈酸性，陡坡帶扇三角洲砂體靠近生油烴源巖，酸性流體通過(guò)斷層進(jìn)一步運(yùn)移，發(fā)生較強(qiáng)的溶蝕作用，表現(xiàn)為長(zhǎng)石顆粒沿邊部或解理縫發(fā)生部分溶解，生成大量的次生孔隙，發(fā)生大規(guī)模的油氣充注[32]。在合適的條件下，長(zhǎng)石溶解物質(zhì)形成石英次生加大邊和高嶺石自生礦物，隨著埋深的增加，石英次生加大邊的寬度不斷增大，最大可達(dá)Ⅲ級(jí)；在早期碳酸鹽膠結(jié)較強(qiáng)處，方解石連晶膠結(jié)堵塞孔隙和喉道，酸性流體難以進(jìn)入，僅局部發(fā)生少量溶蝕；蒙脫石開(kāi)始快速向伊利石轉(zhuǎn)化，伊/蒙混層中蒙脫石質(zhì)量分?jǐn)?shù)迅速減少，為黏土礦物演化的第一迅速轉(zhuǎn)換帶。該時(shí)期儲(chǔ)集空間既有殘余原生孔隙，又存在一定量的次生溶蝕孔隙。

8.0 Ma至今，地層溫度升高，地層頂界埋深小于3 700 m、底界埋深小于4 440 m，頂界溫度小于109 ℃、底界溫度小于127 ℃。隨著埋深的增加，機(jī)械壓實(shí)作用進(jìn)一步增強(qiáng)，顆粒之間以線接觸為主。羧酸陰離子熱脫羧生成烴類和CO2，有機(jī)酸濃度降低，沙二段底部溫度達(dá)到100 ℃，膏巖層脫出大量堿性水，使地層水pH呈堿性，出現(xiàn)晚期碳酸鹽及硬石膏膠結(jié)，石英次生加大邊和石英顆粒邊部發(fā)生少量的堿性溶蝕。在高熱堿性的環(huán)境下，灰泥雜基發(fā)生重結(jié)晶作用。蒙脫石進(jìn)一步向伊利石轉(zhuǎn)化，伊/蒙混層中蒙脫石質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少至35.0%～20.0%，為黏土礦物演化的第二迅速轉(zhuǎn)化帶，晚期黃鐵礦呈團(tuán)塊狀充填于粒間孔隙。該時(shí)期儲(chǔ)集空間以殘余原生孔隙、殘余次生孔隙為主，同時(shí)發(fā)育少量的裂縫(見(jiàn)圖8)。

圖8 霸縣凹陷西部陡坡帶沙三段成巖演化序列特征Fig.8 Characteristics of diagenesis evolution sequence of Es3 in western steep zone of Baxian depression

4 成巖演化對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

霸縣凹陷西部陡坡帶沙三段扇三角洲儲(chǔ)層成巖作用復(fù)雜，不同沉積相帶儲(chǔ)層成巖演化序列和成巖作用強(qiáng)度存在差異，導(dǎo)致儲(chǔ)層物性不同。以薄片觀察和圖像分析為基礎(chǔ)，結(jié)合研究區(qū)埋藏?zé)嵫莼?，以各成巖作用時(shí)期為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，采用反演回剝法[33]恢復(fù)地質(zhì)歷史時(shí)期儲(chǔ)層孔隙度，通過(guò)孔隙度的改變反映各種成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響。

4.1 扇三角洲平原

扇三角洲平原辮狀河道儲(chǔ)層雜基體積分?jǐn)?shù)高，雜基成分以灰泥為主，原始物性較低。埋藏早期強(qiáng)烈的壓實(shí)作用使孔隙度急劇降低，導(dǎo)致酸性流體難以進(jìn)入，僅發(fā)生微弱的溶蝕作用。后期高熱堿性成巖環(huán)境下，發(fā)生灰泥雜基重結(jié)晶作用和少量晚期碳酸鹽膠結(jié)?，F(xiàn)今物性極差，主要發(fā)育干層，如家13井3 701.50～3 709.70 m(見(jiàn)圖9(a))。

4.2 扇三角洲前緣

扇三角洲前緣水下分流河道遠(yuǎn)泥巖端儲(chǔ)層碎屑顆粒分選較好，雜基體積分?jǐn)?shù)低，儲(chǔ)層原始物性較好。壓實(shí)作用使物性持續(xù)降低，早期碳酸鹽膠結(jié)相對(duì)較弱，受酸堿兩期溶蝕作用，長(zhǎng)石、早期碳酸鹽膠結(jié)物和石英發(fā)生不同程度的溶蝕，后期烴源巖排烴進(jìn)一步抑制晚期碳酸鹽膠結(jié)，現(xiàn)今保留大量的殘余原生孔隙和次生孔隙，可作為良好的油氣儲(chǔ)集層，如家16井3 439.10～3 444.80 m(見(jiàn)圖9(b))。只有當(dāng)油氣大部分或完全占據(jù)孔隙空間而使孔隙水呈孤立不連通的狀態(tài)時(shí)，才可以抑制膠結(jié)作用的繼續(xù)進(jìn)行[34]。未發(fā)生油氣充注或油氣弱充注的水下分流河道遠(yuǎn)泥巖端砂體晚期碳酸鹽和硬石膏膠結(jié)作用較強(qiáng)，同時(shí)發(fā)生石英的堿性弱溶蝕，整體上物性持續(xù)降低，如家59井3 760.40～3 762.70 m(見(jiàn)圖9(c))。

扇三角洲前緣水下分流河道近泥巖端和前緣席狀砂以細(xì)砂巖、粉砂巖沉積為主，原始物性中等，距離泥巖較近使早期碳酸鹽膠結(jié)極為發(fā)育，連片的碳酸鹽膠結(jié)物在一定程度上抑制壓實(shí)作用，但整體上中等的壓實(shí)作用和較強(qiáng)的膠結(jié)作用使物性降低較快。早期碳酸鹽膠結(jié)堵塞孔隙和喉道，致使酸性流體難以產(chǎn)生大范圍的溶蝕，長(zhǎng)石溶孔所占比例較小，晚期碳酸鹽、硬石膏膠結(jié)使孔隙度進(jìn)一步降低，現(xiàn)今物性中等，如家20井3 862.10～3 867.30 m(見(jiàn)圖9(d))。

圖9 霸縣凹陷西部陡坡帶扇三角洲不同沉積微相孔隙度演化史

5 結(jié)論

(1)霸縣凹陷西部陡坡帶沙三段扇三角洲儲(chǔ)層平均孔隙度和滲透率分別為10.3%、5.10×10-3μm2，具有典型低孔、低滲特點(diǎn)，儲(chǔ)集空間以次生孔隙和殘余原生孔隙為主。其中,溶蝕孔主要為長(zhǎng)石溶蝕孔，次為少量的碳酸鹽膠結(jié)物溶孔和石英顆粒溶孔。

(2)霸縣凹陷西部陡坡帶沙三段扇三角洲儲(chǔ)層目前處于中成巖A期，成巖環(huán)境經(jīng)歷堿性—酸性—堿性的演化，對(duì)應(yīng)的成巖演化序列為：壓實(shí)作用/早期碳酸鹽膠結(jié)—長(zhǎng)石溶解/自生高嶺石膠結(jié)/石英次生加大—灰泥雜基重結(jié)晶/晚期碳酸鹽膠結(jié)/硬石膏膠結(jié)/石英弱溶解—黃鐵礦膠結(jié)。

(3)近湖盆水下分流河道遠(yuǎn)泥巖端儲(chǔ)層受酸堿兩期溶蝕作用，長(zhǎng)石、石英和早期碳酸鹽膠結(jié)物發(fā)生一定程度的溶蝕，油氣充注進(jìn)一步抑制晚期碳酸鹽膠結(jié)作用，現(xiàn)今保留大量的殘余原生孔隙和次生孔隙，孔隙度高達(dá)18.0%，可作為良好的油氣儲(chǔ)集層。

[1] 李欣,鄭署泓,彭寧,等.冀中霸縣凹陷古近系深層油氣資源潛力研究[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2008,30(6):600-605. Li Xin, Zhang Shuhong, Peng Ning, et al. Analysis of deep-seated hydrocarbon resource potential of Paleogene in the Baxian sag, central Hebei province [J]. Petroleum Geology & Experiment, 2008,30(6):600-605.

[2] 趙賢正,李寶剛,盧學(xué)軍,等.霸縣凹陷文安斜坡油氣富集規(guī)律及主控因素[J].斷塊油氣田,2011,11(6):730-734. Zhao Xianzheng, Li Baogang, Lu Xuejun, et al. Rule and main control factor of hydrocarbon enrichment in Wen'an slope, Baxian depression [J]. Fault-block of Oil & Gas Field, 2011,11(6):730-734.

[3] 張文朝,楊德相,陳彥均,等.冀中坳陷古近系沉積構(gòu)造特征與油氣分布規(guī)律[J].地質(zhì)學(xué)報(bào),2008,82(8):1103-1112. Zhang Wenchao, Yang Dexiang, Chen Yanjun, et al. Sedimentary structural characteristics and hydrocarbon distributed rules of Jizhong depression [J]. Acta Geologica Sinica, 2008,82(8):1103-1112.

[4] 陳林,許濤,張立寬,等.準(zhǔn)噶爾盆地中部1區(qū)塊侏羅系三工河組毯砂成巖演化及其物性演化分析[J].東北石油大學(xué)學(xué)報(bào),2013,37(5):10-16. Chen Lin, Xu Tao, Zhang Likuan, et al. Analysis of the diagenesis evolution and porosity evolution of J1scarpet sand in block1 of central Junggar basin [J]. Journal of Northeast Petroleum University, 2013,37(5)10-16.

[5] 于洋,劉鵬,宋國(guó)奇,等.渤南洼陷沙四上亞段多類型儲(chǔ)集體沉積成巖差異性分析[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2015,46(6):2162-2170. Yu Yang, Liu Peng, Song Guoqi, et al. Analysis of differences about sedimentation and diagenesis of multi-type reservoir in upper part of Es4in Bonan sag [J]. Journal of Central South University: Natural Science Edition, 2015,46(6):2162-2170.

[6] 宋國(guó)奇,劉鵬,劉雅利.渤南洼陷沙河街組四段下亞段成巖作用與儲(chǔ)層孔隙演化[J].沉積學(xué)報(bào),2014,32(5):941-948. Song Guoqi, Liu Peng, Liu Yali. Diagenesis and reservoir porosity evolution of the lower section of the 4th member of Shahejie formation in Bonan sag [J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2014,32(5):941-948.

[7] 姜超,鄧愛(ài)居,李鳳群,等.饒陽(yáng)凹陷武強(qiáng)地區(qū)沙二、沙三段儲(chǔ)層成巖作用分析[J].東北石油大學(xué)學(xué)報(bào),2014,38(5):1-6. Jiang Chao, Deng Aiju, Li Fengqun, et al. Diagenesis analysis of reservoirs in Es2and Es3in Wuqiang area of Raoyang sag [J]. Journal of Northeast Petroleum University, 2014,38(5):1-6.

[8] 魏瑋,蔣有錄,楊德相,等.渤海灣盆地饒陽(yáng)凹陷河間洼槽古近系砂巖儲(chǔ)層成巖—成藏耦合關(guān)系[J].天然氣地球科學(xué),2016,27(8):1477-1488. Wei Wei, Jiang Youlu, Yang Dexiang, et al. Coupling relationship between diagenetic evolution of sandstone reservoirs and hydrocarbon accumulation in Palaeogene in Hejian trough, Raoyang depression, Bohai bay basin, China [J]. Natural Gas Geoscience, 2016,27(8):1477-1488.

[9] 李宇志,金杰華,操應(yīng)長(zhǎng),等.冀中坳陷霸縣凹陷文安斜坡沙三段儲(chǔ)層特征及有效儲(chǔ)層控制因素[J].現(xiàn)代地質(zhì),2014,28(3):617-625. Li Yuzhi, Jin Jiehua, Cao Yingchang, et al. Characteristics and controlling factors of effective reservoirs in Es3formation of Wen'an slope, Baxian sag, Jizhong depression [J]. Geoscience, 2014,28(3):617-625.

[10] 孟元林,李臣,殷秀蘭,等.冀中坳陷文安斜坡古生界成藏史分析[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),2004,31(2):43-45. Meng Yuanlin, Li Chen, Yin Xiulan, et al. The Paleozoic reservoir forming history in the Wen'an slope of Jizhong depression, Bohai bay basin [J]. Petroleum Exploration and Development, 2004,31(2):43-45.

[11] 葸克來(lái),操應(yīng)長(zhǎng),趙賢正,等.霸縣凹陷古近系中深層有效儲(chǔ)層成因機(jī)制[J].天然氣地球科學(xué),2014,25(8):1144-1155. Xi Kelai, Cao Yingchang, Zhao Xianzheng, et al. Genetic mechanism of Paleogene middle-deep effective reservoirs in Baxian sag [J]. Natural Gas Geoscience, 2014,25(8):1144-1155.

[12] 葸克來(lái),操應(yīng)長(zhǎng),金杰華,等.冀中坳陷霸縣凹陷古近系中深層古地層壓力演化及對(duì)儲(chǔ)層成巖作用的影響[J].石油學(xué)報(bào),2014,35(5):867-878. Xi Kelai, Cao Yingchang, Jin Jiehua, et al. Paleopressure evolution and its effects on diagenesis of reservoirs in middle-deep Paleogene strata in Baxian sag, Jizhong depression [J]. Acta Petrolei Sinica, 2014,35(5):867-878.

[13] 操應(yīng)長(zhǎng),陳林,王艷忠,等.東營(yíng)凹陷民豐北帶古近系沙三段成巖演化及其對(duì)儲(chǔ)層物性的影響[J].中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2011,35(5):6-13. Cao Yingchang, Chen Lin, Wang Yanzhong, et al.Diagenetic evolution of Es3reservoir and its influence on property in the northern Minfeng sub-sag of Dongying sag [J]. Journal of China University of Petroleum: Natural Science Edition, 2011,35(5):6-13.

[14] Dove P M. The dissolution kinetics of quartz in aqueous mixed cation solutions [J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1999,63(22):3715-3728.

[15] 江琦,丁曉琪,劉曦翔,等.鄂爾多斯盆地南部長(zhǎng)8段砂質(zhì)碎屑儲(chǔ)層特征及主控因素[J].東北石油大學(xué)學(xué)報(bào),2015,39(6):56-65. Jiang Qi, Ding Xiaoqi, Liu Xixiang, et al. Reservior characteristics and control factors of sandy debris flow from Chang8 interval, south of Ordos basin [J]. Journal of Northeast Petroleum University, 2015,39(6):56-65.

[16] 張藝,戴俊生,王珂,等.冀中坳陷霸縣凹陷古近紀(jì)斷裂活動(dòng)特征[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2014,29(1):27-33. Zhang Yi, Dai Junsheng, Wang Ke, et al. Fault activity features of Baxian sag in Paleogene in Jizhong depression [J]. Journal of Xi'an Shiyou University: Natural Science Edition, 2014,29(1):27-33.

[17] 謝曉軍,鄧宏文.霸縣凹陷古近系層序地層構(gòu)型[J].巖性油氣藏,2008,20(2):74-77. Xie Xiaojun, Deng Hongwen. Paleogene sequence configuration in Baxian sag [J]. Lithologic Reservoirs, 2008,20(2):74-77.

[18] 操應(yīng)長(zhǎng),馬奔奔,王艷忠,等.渤南洼陷北帶沙四上亞段儲(chǔ)層低滲成因機(jī)制及分類評(píng)價(jià)[J].天然氣地球科學(xué),2013,24(5):865-878. Cao Yingchang, Ma Benben, Wang Yanzhong, et al. Genetic mechanisms and classified evaluation of low permeability reservoirs of Es4sin the north zone of Bonan sag [J]. Natural Gas Geoscience, 2013,24(5):865-878.

[19] 鐘大康,朱筱敏,張琴.不同埋深條件下砂泥巖互層中砂巖儲(chǔ)層物性變化規(guī)律[J].地質(zhì)學(xué)報(bào),2004,78(6):863-871. Zhong Dakang, Zhu Xiaomin, Zhang Qin. Variation characteristics of sandstone reservoirs when sandstone and mudstone are interbedded at different buried depths [J]. Acta Geologica Sinica, 2004,78(6):863-871.

[20] 漆濱汶,林春明,邱桂強(qiáng),等.東營(yíng)凹陷古近系沙河街組砂巖透鏡體鈣質(zhì)結(jié)殼形成機(jī)理及其對(duì)油氣成藏的影響[J].古地理學(xué)報(bào),2006,8(4):519-530. Qi Binwen, Lin Chunming, Qiu Guiqiang, et al. Formation mechanism of calcareous incrustation in lenticular sandbody of the Shahejie formation of Paleogene and its influence on hydrocarbon accumulation in Dongying sag [J]. Journal of Palaeogeo Graphy, 2006,8(4):519-530.

[21] 蔡進(jìn)功,張枝煥,朱筱敏,等.東營(yíng)凹陷烴類充注與儲(chǔ)集層化學(xué)成巖作用[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),2003,30(3):79-83. Cai Jingong, Zhang Zhihuan, Zhu Xiaomin, et al. Hydrocarbon filling and chemical diagenesis evolution of the clastic reservoir of the Paleogene in Dongying sag [J]. Petroleum Exploration and Development, 2003,30(3):79-83.

[22] 李艷霞,劉洪軍,袁東山,等.石油充注對(duì)儲(chǔ)層成巖礦物演化的影響[J].石油與天然氣地質(zhì),2003,24(3):274-280. Li Yanxia, Liu Hongjun, Yuan Dongshan, et al. Effect of oil charging on reservior's diagenetic mineral evolution [J]. Oil & Gas Geology, 2003,24(3):274-280.

[23] Heydari E, Wade W J. Massive recrystallization of low-Mg calcite at high temperatures in hydrocarbon source rocks: Implications for organic acids as factors in diagenesis [J]. AAPG Bulletin, 2002,86(7):1285-1303.

[24] Fu Qilong. Early dolomitization and recrystallization of carbonate in an evaporate basin: The middle dovenian ratner laminate in southern Saskatchewan,Canada [J]. Journal of the Geological Society, London, 2006.163(3):937-948.

[25] Hartig K A, Soreghan G S, Goldstein R H, et al. Dolomite in permian paleosols of the bravo dome CO2field, U.S.A.: Permian reflux followed by late recrystallization at elevated temperature [J]. Journal of Sedimentary Research, 2011,81(3/4):248-265.

[26] 朱東亞,金之鈞,胡文瑄,等.塔里術(shù)盆地深部流體對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層影響[J].地質(zhì)論評(píng),2008,54(3):348-357. Zhu Dongya, Jin Zhijun, Hu Wenxuan, et al. Effects of deep fluid on carbonates reservoir in Tarim basin [J]. Geological Review, 2008,54(3):348-357.

[27] 曲彥勝,王圣柱,李艷麗,等.烏倫古地區(qū)石炭系烴源巖生烴潛力評(píng)價(jià)[J].特種油氣藏,2016,23(2):31-35. Qu Yansheng, Wang Shengzhu, Li Yanli, et al. Hydrocarbon potential evaluation of Carboniferous source-rocks in Wulungu [J]. Special Oil & Gas Reservoirs, 1016,23(2):31-35.

[28] 陳旋,司學(xué)強(qiáng),劉書(shū)強(qiáng),等.馬朗凹陷沉凝灰?guī)r致密儲(chǔ)集層特征及主控因素[J].特種油氣藏,2015,22(6):40-44. Chen Xuan, Si Xueqiang, Liu Shuqiang, et al. Characteristics and main control factors of sedimentary tuff tight reservoirs in Malang sag [J]. Special Oil & Gas Reservoirs, 2015,22(6):40-44.

[29] 康玉柱.塔里術(shù)盆地古生代海相碳酸鹽巖儲(chǔ)集巖特征田[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2007,29(3):217-223. Kang Yuzhu. Reservoir rock characteristics of Paleozoic marine facies carbonate rock in the Tarim basin [J]. Petroleum Geology & Experiment, 2007,29(3):217-223.

[30] 張永旺,曾濺輝,高霞,等.東營(yíng)凹陷古近系儲(chǔ)層碳酸鹽膠結(jié)物分布特征及主控因素[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào):地球科學(xué)版,2009,39(1):16-22. Zhang Yongwang, Zeng Jianhui, Gao Xia, et al. Distribution characteristics and main controlling factors of carbonate cements in the Paleogene reservoirs in Dongying depression [J]. Journal of Jilin University: Earth Science Edition, 2009,39(1):16-22.

[31] 馬奔奔,操應(yīng)長(zhǎng),王艷忠,等.渤南洼陷北部陡坡帶沙四上亞段成巖演化及其對(duì)儲(chǔ)層物性的影響[J].沉積學(xué)報(bào),2015,33(1):170-182. Ma Benben, Cao Yingchang, Wang Yanzhong, et al. Diagenetic evolution and its influence on physical properties of Es4sreservoir in the northern steep zone of the Bonan sag [J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2015,33(1):170-182.

[32] 孟元林,肖麗華,殷秀蘭,等.渤海灣盆地文安斜坡高溫?zé)崃黧w活動(dòng)與油氣藏形成[J].巖石學(xué)報(bào),2003,19(2):337-347. Meng Yuanlin, Xiao Lihua, Yin Xiulan, et al. The activity of high-temperature hydrothermal fluids and the formation of the hydrocarbon reservoirs in the Wen'an slope of the Bohaiwan basin [J]. Acta Petrologica Sinica, 2003,19(2):337-347.

[33] 徐寧寧,邱隆偉,楊生超,等.渤南斷階帶沙四上亞段儲(chǔ)層成巖演化研究[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2015,44(1):104-115. Xu Ningning, Qiu Longwei, Yang Shengchao, et al. Research on diagenetic evolution of the upper fourth member of Shahejie formation reservoir in Bonan step-fault zone [J]. Journal of China University of Mining & Technology, 2015,44(1):104-115.

[34] 王淑萍,徐守余,董春梅,等.東營(yíng)凹陷民豐洼陷北帶沙四下亞段深層天然氣儲(chǔ)層成巖作用[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào):地球科學(xué)版,2014,44(6):1747-1759. Wang Shuping, Xu Shouyu, Dong Chunmei, et al. Diagenesis characteristics of deep natural gas reservoirs in Es4xin the north zone of Minfeng sag in Dongying depression [J]. Journal of Jilin University: Earth Science Edition, 2014,44(6):1747-1759.

2016-10-26；編輯：陸雅玲

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41302078)；國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05006-002)

楊劍萍(1965-)，女，博士，教授，主要從事沉積巖石學(xué)及巖相古地理方面的研究。

TE122.2

A

2095-4107(2017)01-0023-12

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2017.02.003